纤维素酶在洗衣凝珠中的应用研究

杨 媛 张 剑,2

（1.山西勇宁记科技有限公司，山西太原，030006；2.山西大学化学化工学院，山西太原，030006）

随着洗涤行业“绿色化、浓缩化、功能化、个性化”的发展方向，以及新生代消费群体的崛起，近些年洗衣凝珠在全球各国逐渐被消费者所熟知和使用[1-4]。2014年，宝洁首次在中国市场推出洗衣凝珠，之后立白、纳爱斯、浪奇等本土纷纷跟进，推出同类产品[5]。洗衣凝珠作为一种新型定量独立水溶包装超浓缩洗衣产品，造型多样，可满足消费者对便捷及个性化需求，常规8倍洁净力，同时兼具抑菌、柔顺、除螨、防串色等功能[6-8]。

纤维素酶应用于洗涤剂中最早是Uniliver公司于1970年申请提出的[9]，20世纪90年代开始成功应用在洗涤行业中[10]。研究表明，洗衣液中放入了此酶，不仅能显著提高去污能力，而且不破坏织物的纤维[11]。因其内切葡聚糖酶只作用于无定形区，并释放凝胶结构中的污垢，在起到良好洗涤效果的同时还保持了织物的色泽及强度[12]。

与液洗的发展趋势类似，凝珠产品中也逐步应用了生物酶技术，通过生物酶与配方中其他成分配伍，提高洗衣凝珠的去污和织物护理的功能[13]。

本文以一种市售洗衣凝珠作为参照，研究易弗诺纤维素酶在洗衣凝珠中的应用。

1 实验部分

1.1 材料和实验方法

1.1.1 材料与试剂

实验所用的材料与试剂见表1。

表1 实验所用材料与试剂

1.1.2 主要仪器

实验所用的仪器见表2。

1.1.3 试剂的配置

(1) DNS试剂的配制：称取3,5-二硝基水杨酸3.15 g于1000 mL的锥形瓶中，加入500 mL蒸馏水，不断搅拌，水浴至45℃，逐步加入100 mL，0.2 g/mL的氢氧化钠溶液（在加入氢氧化钠的过程中，溶液温度不要超过48℃），搅拌至澄清。再逐步加入四水酒石酸钾钠91.0 g、苯酚2.5 g、无水亚硫酸钠2.5 g，继续45℃水浴加热，持续搅拌，直至溶液无沉淀，自然冷却到室温后定容至1000 mL，将溶液储存在棕色瓶中，标记配制日期，7 d后方可使用。

表2 实验所用仪器

（2）10 mg/mL羧甲基纤维素钠（CMC）溶液的配制：精密称取CMC 1.0000 g置于80 mL缓冲液中搅拌溶解，待完全溶解后定容至100 mL，标注配制日期，4℃的条件下保存。

1.2 洗衣凝珠中纤维素酶活力的测定

在洗衣凝珠中加入质量分数为0.5%的纤维素酶，采用羧甲基纤维素钠（CMC）法测定纤维素酶酶活力，具体操作流程如图1。

1.3 纤维素酶对洗衣凝珠稳定性的影响测定

图1 纤维素酶酶活力测定流程图

检测市售洗衣凝珠的pH，然后在洗衣凝珠中加入质量分数为0.5%的纤维素酶后搅拌、静置，观察洗衣凝珠液状态的变化并检测此时洗衣液的pH，若洗衣凝珠液状态异常，用碱性试剂调节其pH至外观与原液一致。然后在常温下放置一个月，观察其状态变化情况。

1.4 去污性能实验

洗涤设备： 立式去污机（RHLQⅡ），中国日用化学工业研究院；

洗涤温度： 30℃；

洗涤时间：20 min ；

搅拌速度：120 r/min；

水质硬度：250 mg/kg；

洗涤剂浓度：2 g/L ；

反射值测量仪：白度仪（WSD-3C）；

测试污布： JB-01国标炭黑污布，JB-02国标蛋白污布，JB-03国标皮脂污布，每个洗罐放3块同类型的污布（6 cm×6 cm）。

用一台全自动白度仪（WSD-3C），分别测量污布洗前和洗后的白度值，测定时，对每块布的正反面各测一次，取平均值。然后计算出被测样品的去污力。

去污值R计算公式如下：

式中，i—第i种类污布试片；

R2i—污布洗后的反射值；

R1i—污布洗前的反射值；

1.5 光学显微镜测试

采用型号为xsp-8ca显微镜观测国标污布JB-01在洗涤前后的纤维特征，本实验采用的放大倍数为10倍。

2 结果与讨论

2.1 洗衣凝珠中纤维素酶活力的测定

在洗衣凝珠中加入质量分数为0.5%的纤维素酶，采用CMC法测定其中纤维素酶酶活力，检测结果如图2。

图2 洗衣凝珠中纤维素酶酶活力检测情况

从图2可以看出，使用CMC法测定洗衣凝珠中的纤维素酶酶活力，根据空白和样品的颜色对照可以看出，该方法可以检测到洗衣凝珠中的纤维素酶。

2.2 纤维素酶对洗衣凝珠稳定性的影响

洗衣凝珠液（如图3，A杯）为黄色透明黏稠状液体，pH为6.36；在洗衣凝珠液中加入质量分数为0.5%的纤维素酶后搅拌、静置，洗衣凝珠液变浑浊，此时pH为6.23（如图3，B杯）；用浓度为2 mol/L的NaOH溶液调节加入纤维素酶后的洗衣凝珠液，进行搅拌。随着NaOH溶液的不断滴加，洗衣凝珠液逐渐变透明，pH为9.83时透明度最高（如图3，C杯）。

图3 纤维素酶对洗衣凝珠体系的影响

分析得出，加入纤维素酶后的洗衣凝珠液变浑浊，可能是溶液pH在等电点附近发生了聚沉现象。加入NaOH溶液后，溶液pH增大，偏离等电点，聚沉现象逐渐减弱，溶液重新恢复澄清透明。因此，pH在洗衣凝珠液稳定性方面起着重要作用。

向洗衣凝珠液加易弗诺纤维素酶后，常温放置一个月，再对洗衣凝珠液外观稳定性进行观察（图4），现象结果如下：加酶洗衣凝珠液在30℃下静止30 d，有一定的絮凝沉淀现象，而用浓度为2 mol/L的NaOH溶液调节加酶洗衣凝珠液pH到透明的试样，放置30 d后，溶液很稳定，澄清透明，没有沉淀，表观与原液相同。

图4 纤维素酶对洗衣凝珠液稳定性的影响（右图为调节pH后）

将放置30 d后的加酶洗衣凝珠液进行纤维素酶检测，从图5中可以看出放置30 d后，仍然能检测到纤维素酶，且颜色深浅基本一致，说明纤维素酶稳定存在于洗衣凝珠中。

图5 洗衣凝珠液中纤维素酶的检测（右图为放置30 d后的加酶洗衣凝珠液）

2.3 去污力

从图6中可以得到，在相同的洗涤条件下，添加纤维素酶能提高对国标污布的去污能力，尤其是对国标炭黑污布JB-01。国标炭黑污布JB-01经标准洗衣液、普通市售洗衣液、市售洗衣凝珠以及添加0.5%纤维素酶的市售洗衣凝珠洗涤后的去污值分别为11.63、15.81、25.71和27.94，由此可知，洗衣凝珠中添加纤维素酶能明显提高其对国标炭黑污布JB-01的去污力。这是因为纤维素酶作用于织物非结晶区的特殊作用机理，使织物表面非结晶区的破损纤维同污渍一起洗掉，所以洗涤效果得以较大改善。

图6 国标污布去污值

2.4 国标污布洗涤效果图

将国标污布分别置于标准洗衣液、普通市售洗衣液、市售洗衣凝珠、添加质量浓度为0.5%纤维素酶的市售洗衣凝珠中，按GB13174-2008规定进行洗涤后，用光学显微镜观察国标污布JB-01在洗涤前后的污布表面污渍情况，结果如图7所示。

由光学显微镜观察到的洗涤效果图7a中可以看出，未经洗涤的国标污布JB-01表面很脏，污布纤维间的孔隙也不透亮，说明污渍布满了纤维表面及缝隙。国标污布JB-01经标准洗衣液洗涤后，从光学显微镜图7b中能直观地看出污布洗涤效果不是很好。而将国标污布JB-01经普通市售洗衣液、市售洗衣凝珠、添加质量浓度为0.5%纤维素酶的市售洗衣凝珠中洗涤后，通过光学显微镜图7c、7d和7e看出污布整体变得透亮，说明污布表面以及纤维缝隙间的污渍大部分被去除。图7e展示的污布尤其透亮，说明纤维素酶不仅能将棉纤维表面上的污值剥落下来，而且能扩大织物纤维中的空穴和毛细管，使内嵌在纤维内部的顽固污渍得到更好的去除。

图7 国标炭黑污布JB-01洗涤效果图

3 结论

文中采用CMC法测定洗衣凝珠中的纤维素酶酶活力，通过实验得出：该方法可以检测到洗衣凝珠中的纤维素酶。

在洗衣凝珠中加入质量分数为0.5%的纤维素酶，检测纤维素酶对洗衣凝珠稳定性的影响。实验发现：加入纤维素酶后，洗衣凝珠变浑浊，常温放置一个月，有一定的絮凝沉淀现象。加NaOH溶液调整pH后，溶液重新恢复澄清透明，放置30 d，溶液很稳定，澄清透明，没有沉淀，表观与原液相同。因此得出，pH在洗衣凝珠稳定性方面起着重要作用。

从去污力的实验中得出，在相同的洗涤条件下，添加纤维素酶能提高对国标污布的去污能力，尤其是对国标炭黑污布JB-01。

由光学显微镜观察到的洗涤效果图中可以看出，国标污布JB-01经标准液、普通市售洗衣液、市售洗衣凝珠、添加质量浓度为0.5%纤维素酶的市售洗衣凝珠中洗涤后，污渍能得到很好的去除，尤其是在洗衣凝珠中添加纤维素酶洗涤后，效果更佳。